一起6 kV開關動觸頭過熱引發的設備故障分析

宣學娟

(寧夏大唐國際大壩發電有限責任公司，寧夏 青銅峽 751607)

一起6 kV開關動觸頭過熱引發的設備故障分析

宣學娟

(寧夏大唐國際大壩發電有限責任公司，寧夏 青銅峽 751607)

發電廠廠用電源的可靠性至關重要，廠用電失去將嚴重威脅機組的安全運行，并可能引發嚴重設備損壞。分析了一起因6 kV開關動觸頭過熱引發的廠用電失去異常事件，結合現場故障實情，分析了保護動作及故障錄波，找出了故障隱患，并提出了改進建議。

廠用電；6 kV開關；動觸頭；過熱

1 設備概述

某公司2×600 MW火力發電機組，其高壓廠用電壓等級為6 kV，通過高廠變A，B分支接帶6 kV母線作為機組正常運行的工作電源，高備變作為廠用6 kV母線備用電源，其系統接線如圖1所示。廠用母線6 kV進線開關為真空開關，額定電流為4 000 A，額定電壓為7.2 kV。

2 異常事件前機組運行方式

5號機組負荷600 MW，廠用6 kV 5A，5B段母線由工作進線電源帶，機組5A段負荷電流為2 147 A，5B段電流為1 783 A，機組穩定運行。

圖1 系統接線示意

3 異常事件經過

2015-10-20T12:23:07，5號機組跳閘，光字牌亮聲光報警并發“發變組保護動作、汽機跳閘、MFT”，工作電源進線開關6 kV 5A段615A開關、5B段615B開關跳閘，備用電源進線開關6 kV 5A段605A開關、5B段605B開關跳閘，高備變高壓側開關跳閘，機組廠用電失去，柴油機聯啟保安電源正常，故通過柴油機實現了安全停機。

6 kV廠用配電室火災報警觸發，現場檢查發現5號機6 kV配電室內有濃煙冒出，5號機6 kV 5A段工作進線615A開關(50BBA01)柜上部存在明火，相鄰間隔6 kV 5A段母線PT 695A開關(50BBA02)二次元件柜內部元件燒毀，立即組織滅火。待明火撲滅后，打開柜體前后柜門檢查，發現開關柜進線母排完好，6 kV 5A段工作進線615A開關及二次元件柜燒毀，5號高廠變低壓側A分支共箱母線蓋板、共箱母線外觀完好，如圖2所示。

現場將5A段工作進線615A開關拉出，發現其處于分閘狀態，真空泡全部損壞，絕緣部分均已碳化，6只靜觸頭基本完好，母排連接正常；小車開關A相上端動觸頭觸指片嚴重燒損，如圖3所示。小車開關B，C相基本完好。

圖3 開關動觸頭燒損情況

4 保護動作分析

5號機發變組保護及A屏、B屏保護出口動作燈亮，保護裝置中有“A分支零序過流I，II段”保護動作報文。220 kV高備變保護A屏、B屏保護出口動作燈亮，保護裝置中有“分支零序過流I，II段”保護動作報文。5號機6 kV廠用A，B分支快切裝置有“廠用電切換”動作信息，A段快切裝置面板上的工作、備用開關位置指示均在合閘狀態，快切裝置報警顯示“開關全合、后備無壓”，5號機發變組故障錄波器啟動錄波，錄波文件有“高廠變低壓側A分支電壓突變量啟動、A分支零序電流啟動、A(B)柜A分支零序電流保護0→1”等故障錄波信息。

5 故障錄波分析

從故障錄波1(見圖4)高廠變低壓側A分支電壓Ua曲線可以看出：12:23:00，高廠變6 kV A分支A相發生1次持續時間為149 ms的短時A相接地故障，隨后接地點消失，故障自行恢復。判斷此次故障時間太短，發變組A，B套保護裝置均未及時判斷，保護裝置均未啟動(A，B分支零序電流定值0.25 A，動作時間分別為0.9 s和1.5 s)。

圖4 故障錄波1

從高廠變低壓側A分支電壓Ua曲線可以看出：12:23:08，高廠變A分支A相發生接地故障，A分支低壓側非故障B，C相相電壓被抬高，相電壓最大值約為正常值的1.732倍。經測算，故障持續時長為901 ms，接地故障零序電流為0.6—0.8 A，達到發變組A，B套A分支I段零序電流保護動作定值。12:23:09，A套保護“A分支零序電流I段”動作；12:23:12，B套保護“A分支零序電流I段”動作。雙套保護“A分支零序電流I段”動作均出口于“跳分支開關并啟動快切”，可以看出廠用A分支在保護動作后已完成電源切換(解體開關檢查后，證實615 A開關燒損前在分閘狀態)，高廠變低壓側A分支三相電壓恢復正常。從高備變低壓側A分支電壓Ua曲線能夠看出：高備變A分支明顯被切至故障點，導致高備變A分支A相接地。

故障錄波表明廠用A分支工作/備用電源完成切換后，高廠變A分支三相電壓幅值、相位已正常，而切至故障點的高備變A分支A相電壓一直處于接地的故障狀態。此異常狀態經過402 ms后，高備變A分支三相電壓消失。通過導入高備變B分支電壓錄波信息查看，發現B分支電壓也同時消失。結合錄波信息，可得到如下結論：12:23:12，高備變保護“分支零序II段保護”動作，高備變高壓側8209開關被切除。與高備變A，B套保護實際動作記錄吻合。故障發展至此，高廠變A分支與高備變A分支都已被切除，故障接地點應已被完全隔離。

12:23:16，高廠變A分支A相又發生接地故障。經分析故障錄波，發現故障點在615A開關上口，燃燒過程中有導電物質不斷掉落到下部，導致高廠變A分支A相處復發接地故障，這與解體615A開關檢查結果吻合。

根據故障錄波可知:12:23:20，發變組A，B套保護(此處只引入A套)在經過900 ms后“A分支零序電流I段”保護動作。約3 465 ms后,“A分支零序電流II段”保護動作，出口于機組“全停”，與發變組A套12:23:24、B套12:23:26保護動作記錄內容吻合。

6 故障分析結論

從故障錄波圖看，故障發生在5號機6 kV廠用工作進線615A開關母線側，故障電流達到發變組A，B套A分支I段零序電流保護定值，雙套保護“A分支零序電流I段”動作均出口于“跳分支開關并啟動快切”，備用電源完成切換;此時高備變備用分支被切至故障點，導致高備變備用A分支A相接地，使高備變分支零序II段保護動作，最終切除高備變高壓側8209開關，廠用6 kV 5A，5B段母線失電。

從開關燒損情況看，開關靜觸頭基本完好，可排除因為動、靜觸頭接觸不良引發的過熱故障；梅花觸頭與開關本體導電臂裝配結合處燒損嚴重，部分觸指已經熔焊到導電臂的裝配槽上，大部分觸指及彈簧熔化后脫落，說明發熱部位是梅花觸頭與導電臂的裝配結合處。此種開關存在設計或產品質量問題，隨著運行時間的增長，由彈簧緊力下降、過熱等原因造成“接觸面氧化—接觸電阻增大—接觸面氧化加劇—接觸電阻增大加劇……”的惡性循環，最終導致開關因過熱而導致燒損。

7 暴露問題

(1) 電氣設備隱患排查治理不徹底，絕緣監督工作不到位。在機組停運期間，未安排人員對6 kV進線開關開展清掃檢查及預試工作，未能及時發現設備潛在隱患。

(2) 設備檢修工藝標準不全面，未對開關柜動靜觸頭的嚙合度和壓力提出要求。開關檢修標準缺失也是本次事故發生的主要原因。

(3) 對一次設備的運行情況缺乏有效的常態監測手段，以致未能及時發現設備運行中的超溫、過熱等隱患。

8 防范措施

(1) 根據GB/T 14285—2006《繼電保護和安全自動裝置技術規程》中5.3.3.4“廠用母線速動保護動作、工作分支保護動作或工作電源由于手動或分散控制系統(DCS)跳閘時，應閉鎖備用電源自動投入”的規定，建議廠用分支零序電流I段保護出口跳分支開關，閉鎖廠用快切；分支零序電流II段保護出口全停，閉鎖廠用快切。

(2) 將6 kV廠用工作進線開關、備用電源進線開關更換為質量較可靠的成熟產品。

(3) 在停備、檢修等停機期間，對開關進行檢修，通過檢查外觀判斷觸頭有無過熱跡象，清理梅花觸頭與開關導電臂裝配結合處接觸面，必要時進行打磨及更換觸頭外圍、拉緊彈簧或整體更換梅花觸頭，確保梅花觸頭與開關導電臂裝配結合處接觸良好；測量開關導電回路電阻，確保電阻在合格范圍內；在6 kV工作進線開關柜及備用進線開關柜內加裝紅外在線測溫裝置，以便發現隱患可以及時處理。

(4) 檢修工作必須貫徹標準化工作要求，明確工作內容及各項檢修標準，規范人員作業行為和工藝要求。

(5) 安裝6 kV開關柜溫度在線監測裝置，以便于運行人員在線監測，防止此類問題再次發生。

9 結束語

6 kV開關發生燒損事故的原因難以分析和判斷，需查看現場設備燒損情況并結合二次保護、故障錄波進行綜合分析，才能得出正確結論，并制定針對性的防范措施，最終避免6 kV開關動觸頭過熱引發的設備損壞。

1 全國量度繼電器和保護設備標準化技術委員會．GB/T 14285—2006繼電保護和安全自動裝置技術規程[S]．北京：中國標準出版社，2006.

2016-12-11。

宣學娟(1973—)，女，工程師，主要從事發電廠繼電保護工作，email：lhq2650@sina.com.